科學(xué)史在中學(xué)物理教學(xué)中的地位作用及融入手段分析的教育論文
摘要：科學(xué)史與中學(xué)物理教學(xué)相結(jié)合是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)的有效手段。本文針對目前中學(xué)物理教育的現(xiàn)狀，指出科學(xué)史融入中學(xué)物理教學(xué)的意義、目的和有效手段。
關(guān)鍵詞：中學(xué)物理；科學(xué)史；科學(xué)素養(yǎng)
中學(xué)物理是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，是打開學(xué)生科學(xué)思想的一扇窗。通過中學(xué)物理教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生從生活走向物理，從物理走向社會(huì)，則是在新課程背景下物理教育工作者必須認(rèn)真思考的一個(gè)問題�？茖W(xué)史是聯(lián)系科學(xué)和人文的橋梁，將科學(xué)史融入中學(xué)物理教育，增強(qiáng)人文思想和色彩是基礎(chǔ)科學(xué)教育的明智選擇。
但是，現(xiàn)實(shí)情況離理想目標(biāo)還有不小差距，究其原因，一方面，應(yīng)試教育的頑疾未徹底根治；另一方面，教師本身的科學(xué)史素養(yǎng)缺失；還有很重要的一點(diǎn)，就是沒有從提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的高度來系統(tǒng)認(rèn)識(shí)科學(xué)史的教育功能，而認(rèn)為科學(xué)史的主要作用在于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將中學(xué)物理技術(shù)化、實(shí)用化、工具化，忽視了科學(xué)的文化功能和精神價(jià)值。在我們的教學(xué)中似乎并不強(qiáng)調(diào)一個(gè)規(guī)律的發(fā)展、一個(gè)正確結(jié)論的艱苦的由來，我們往往要求學(xué)生記住規(guī)律、結(jié)論、公式，能夠用來解題，能與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系就已經(jīng)是較高的層次了。為了掌握一門科學(xué)知識(shí)，我們大多不是從閱讀這門學(xué)科的歷史開始，我們的教科書大多不談歷史。相反，我們從記住一大堆陌生的符號(hào)、公式、定律開始，然后在教師和課本的示范下，反復(fù)做各種情形下的練習(xí)題，直至能把這些陌生的公式、定律靈活運(yùn)用到處理各種情況為止。在教科書中紛至沓來的新概念、新術(shù)語、新公式、新定律面前，我們的學(xué)生逐漸形成了這樣的觀念：這就是真理，學(xué)習(xí)它，記住它。學(xué)生們不知道這個(gè)理論從何而來，為什么會(huì)是這樣，但我們還是要相信它是真理。學(xué)生中最常用的一句話：“書上就是這樣說的！”我們似乎缺少了引導(dǎo)學(xué)生觀察、探索、思考的過程，至少在這方面做得不夠。
這種態(tài)度和做法明顯與科學(xué)精神格格不入，學(xué)生不知道一個(gè)理論源于哪些問題，有多少種解決問題的方案，以及人們?yōu)槭裁催x擇其中一種并稱之為科學(xué)理論，學(xué)生也不知道這種理論是可錯(cuò)的，并非亙古不變的教條。結(jié)果是它不自覺地剝奪了學(xué)生的懷疑和批判精神，而懷疑和批判精神對于科學(xué)發(fā)展恰恰是不可或缺的。學(xué)生獨(dú)立的思考往往從質(zhì)疑開始。質(zhì)疑是學(xué)生在對所學(xué)內(nèi)容深入理解和探究的基礎(chǔ)上的一種求真、求異的思維過程，它蘊(yùn)含著學(xué)生可貴的創(chuàng)新意識(shí)，也是學(xué)生自主學(xué)習(xí)精神的升華和外顯科學(xué)理論不是一成不變的，科學(xué)家們以整個(gè)自然界為支撐，不斷地觀察提出問題，不懈地探索研究，使科學(xué)理論不斷地進(jìn)化，不斷地發(fā)展，幾乎沒有什么比科學(xué)史更能使人認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)了。
例如為了解釋光電效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在針對經(jīng)典物理學(xué)能量是連續(xù)變化的觀點(diǎn)背景下，普郎克提出了能量子的概念，并給出公式E=hv，為量子理論的建立做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。愛因斯坦在繼承的基礎(chǔ)上又創(chuàng)造了“光量子”的概念，提出了光電效應(yīng)的方程，并成功地解釋了光電效應(yīng)，從而獲得了1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。玻爾則站在兩位巨人的肩上，提出了氫原子核外電子軌道量子化和能量量子化，成功地解釋了氫原子光譜。科學(xué)家創(chuàng)新常常帶有濃厚的非理性、非邏輯的反常思維色彩。物理學(xué)發(fā)展史上的大量事實(shí)，都可以揭示出科學(xué)創(chuàng)新的這一本質(zhì)。
而懷疑精神的具體表現(xiàn)，就是敢于和善于提出科學(xué)問題。物理學(xué)中幾乎每一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)都表明：創(chuàng)造性思維活動(dòng)起始于對困難或問題的認(rèn)識(shí)，是圍繞解決問題而展開的。善于提出問題，總是從對事物、現(xiàn)象或已有理論的懷疑開始的。在人類認(rèn)識(shí)史上提出一個(gè)新異而又深刻的問題，必然會(huì)導(dǎo)致一個(gè)重大的突破，將標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。物理學(xué)的許多成功發(fā)現(xiàn)都始于懷疑。如自由落體規(guī)律的發(fā)現(xiàn)則源于伽利略用重物落得快的觀點(diǎn)進(jìn)行分析，得出一輕一重的兩球聯(lián)成一體后下落時(shí)，在落速上存在邏輯矛盾。通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，使中學(xué)生知道懷疑精神的可貴。因此，要在自己學(xué)習(xí)過程中習(xí)慣于對現(xiàn)有理論提出質(zhì)疑。盧瑟福在用α粒子從氮14中打出質(zhì)子之后，為了證實(shí)這結(jié)果，英國物理學(xué)家布拉愷特在充滿氮的云室里重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，拍攝了兩萬多張?jiān)剖艺掌�。他又從四十多萬條α粒子徑跡的照片中尋找到了產(chǎn)生了分叉的八萬條徑跡，再對徑跡分叉情況進(jìn)行分析，方才確證了盧瑟福實(shí)驗(yàn)的正確性。
獨(dú)立思考，追求新知?jiǎng)t體現(xiàn)在不迷信傳統(tǒng)理論和觀念，不迷信權(quán)威和書本，這是科學(xué)創(chuàng)造的思想前提。在科學(xué)本身的矛盾已經(jīng)顯現(xiàn)出來時(shí)，誰能首先同束縛科學(xué)發(fā)展的傳統(tǒng)觀念決裂，勇于提出新思想、新見解，誰就可能搶先占領(lǐng)科學(xué)發(fā)展的前沿陣地，做出突破性的發(fā)展�？梢砸肟茖W(xué)史實(shí)使學(xué)生感受到這一點(diǎn)。眾所周知，在愛因斯坦之前，洛侖茲和彭加勒已經(jīng)走到相對論的大門口，只是未能擺脫絕對時(shí)空觀的束縛，最終沒有邁入相對論的門檻。正是由于愛因斯坦獨(dú)立思考、追求新知，拋開了“絕對靜止”和“靜止以太”的觀點(diǎn)，并深刻的審察了“同時(shí)性”概念的物理學(xué)根據(jù)。于1905年將他的`不朽之作《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》一文公諸于世，從此產(chǎn)生了人類最寶貴的精神產(chǎn)品——狹義相對論。從而引起了人類時(shí)空觀的巨大變革。 在中學(xué)物理教學(xué)中融入科學(xué)史內(nèi)容，可以有機(jī)達(dá)成情感態(tài)度和價(jià)值觀的教育目標(biāo)。比如在如今的“大科學(xué)”時(shí)代，任何一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展都不是全部由一個(gè)人的努力所能完成的，它常常是一個(gè)科研集體或幾個(gè)科研群體協(xié)作所完成的。因此在科研中處理好協(xié)作關(guān)系，調(diào)動(dòng)各方面科技人員的積極性成為跨世紀(jì)人才必須具備的基本素養(yǎng)。以能量守恒原理的發(fā)展為例，能量守恒原理的發(fā)展曾有幾個(gè)國家的十幾名科學(xué)工作者做出了貢獻(xiàn)：英國的焦耳、德國的邁爾和亥姆霍茲的貢獻(xiàn)最為突出，他們的成績往往體現(xiàn)著廣大科技工作者的集體智慧和血汗。正像英國物理學(xué)家盧瑟福所說的：“科學(xué)家不是依賴于個(gè)人的思想，而是綜合了幾個(gè)人的智慧，所有人想一個(gè)問題，并且每人做他的部分工作，添加到正在建立起來的偉大知識(shí)大廈之中�！痹慰ㄎ牡显S實(shí)驗(yàn)室主任的湯姆遜總是把所知道的和所想到全部告訴助手和學(xué)生，甚至把他自己的設(shè)計(jì)的方案毫不保留的給予學(xué)生。正是由于他善于同學(xué)生合作，所以在他任期內(nèi)共培養(yǎng)了84位物理學(xué)教授，27名英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，7人獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
在中學(xué)物理中融入科學(xué)史內(nèi)容還可以讓學(xué)生更加深入的了解認(rèn)識(shí)物理規(guī)律科學(xué)家邁爾說過：“學(xué)習(xí)一門學(xué)科的歷史是理解其概念的最佳途徑。只有仔細(xì)研究這些概念產(chǎn)生的艱難歷程——即研究清楚早期的、必須逐個(gè)加以否定的一切錯(cuò)誤假定，也就是說弄清楚過去的一切失誤——才有可能真正徹底而又正確地理解這些概念�！崩缳だ栽趯蚣铀龠\(yùn)動(dòng)的定義上走過一段彎路，起初他也跟別人一樣，假設(shè)物體的速度與通過的距離成正比，但他馬上發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，于是轉(zhuǎn)而假設(shè)物體的速度與時(shí)間成正比�？茖W(xué)知識(shí)的核心是科學(xué)概念，在教學(xué)中增加相關(guān)的科學(xué)發(fā)展史實(shí)，提供概念的歷史背景，展現(xiàn)概念形成的原生態(tài)，才有利于學(xué)生對概念的全面正確的理解。例如，哥白尼革命帶動(dòng)了一系列觀念上的變革。首先，它打破了亞里士多德物理學(xué)中天地決然有別的界限，使人們認(rèn)識(shí)到地球是不斷運(yùn)動(dòng)的行星之一；其次，它破除了亞里士多德的絕對運(yùn)動(dòng)概念，引入了運(yùn)動(dòng)相對性概念；最后，宇宙中心的轉(zhuǎn)變暗示了宇宙可能根本就沒有中心，這與希臘古典的等級(jí)宇宙完全是對立的。運(yùn)動(dòng)是萬物的根本特性。在16世紀(jì)以前，亞里士多德的運(yùn)動(dòng)理論居統(tǒng)治地位，他把運(yùn)動(dòng)分成天然運(yùn)動(dòng)和被迫運(yùn)動(dòng)兩類，并從其天然運(yùn)動(dòng)理論得出，重的東西下落得快，而輕的東西下落得慢；從其被迫運(yùn)動(dòng)理論又得出，不推一個(gè)物體，物體是不動(dòng)的，推力越大物體運(yùn)動(dòng)越快，突然撒手，運(yùn)動(dòng)就會(huì)停止。從常識(shí)的角度看，得出這些結(jié)論很自然，但近代物理學(xué)恰恰首先破除了這些觀念。
科學(xué)技術(shù)作為一種生產(chǎn)力，每當(dāng)社會(huì)向前推進(jìn)一步的時(shí)候，就會(huì)得到迅速的發(fā)展。而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也促進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步。科學(xué)進(jìn)步和人文關(guān)懷，始終是相輔相成的兩個(gè)方面。真正的物理教學(xué)應(yīng)將科學(xué)史貫穿始終，應(yīng)是集鮮活人生、鮮活思想和鮮活方法于一體的綜合學(xué)習(xí)。在中學(xué)物理教學(xué)中引入科學(xué)史教育，使學(xué)生從科學(xué)家們探索真理的過程中、科學(xué)家的生平事跡中，科學(xué)理論不斷深化發(fā)展中，學(xué)習(xí)到蘊(yùn)含其中的嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、堅(jiān)毅、求真、求實(shí)、理性、創(chuàng)新、合作等科學(xué)精神和人文精神，同時(shí)內(nèi)化為學(xué)生的個(gè)性品質(zhì)，養(yǎng)成科學(xué)的觀察和思考的方法，提高自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。
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